켄타우루스자리 프록시마 별 주변에서 행성 찾아내기

 

 

사진 1> 
사진에 표시된 경로는 향후 십 년동안 적색왜성 켄타우루스자리 프록시마별의 예상경로를 표현한 것으로 허블 우주 망원경에 의해 측정된 경로이다.
지구의 공전에 의한 시차 때문에 이 경로는 물결치는 모양을 나타내고 있다. 
켄타우루스자리 프록시마별의 위치가 매우 가깝기 때문에(4.2광년) 이 별의 각운동량은 멀리 떨어진 다른 별에 비해 상대적으로 빠른 움직임을 보이고 있다.
이러한 사실은 켄타우루스자리 프록시마별이 2014년과 2016년, 예정경로 근방에 훨씬 멀리 떨어진 두 별의 전면을 지나게 될 것이라는 의미를 담고 있다. 
이로인해 천문학자들은 켄타우루스자리 프록시마 별의 중력에 의해 우주공간이 휘어지는 현상을 연구할 절호의 기회를 맞게 되었고, 사진에 보이는 두 개의 별은 명백하게 위치가 다르게 나타나게 될 것이다. 이러한 현상을 중력 렌즈 현상이라 부른다. 이 때, 공간이 구부러진 정도로 켄타우루스자리 프록시마별의 정확한 질량을 측정하게 될 것이고, 이 별의 주위를 돌고 있는 행성과 그 중력적 발자취를 찾게 될 것이다.
배경을 이루고 있는 사진은 켄타우루스자리 프록시마별이 횡단을 지속하고 있는 남반구 켄타우루스 자리의 하늘을 광대역으로 촬영한 것이다.

 

The full news release story:

우리 태양에 가장 가까운 별은 적색왜성인 켄타우루스자리 프록시마별(the red dwarf Proxima Centauri)이며, 이 별은 그 뒤에 더 멀리 떨어진 두 개의 별과 보기 드문 '합'의 과정이 진행중이다. (합 : 2개 이상의 천체가 같은 각거리로 도열하는 현상)

 

이번 정렬이 천문학자들에게는 켄타우루스자리 프록시마별의 지근거리를 공전하고 있을지 모를 행성을 관찰할 수 있는 절호의 기회가 될 것이다.

또한 천문학자들에게는 이 적색왜성의 질량을 정확히 측정할 수 있는 기회가 되기도 할 것이다.

 

허블우주망원경을 이용한 관측은 하늘을 가로지르는 별의 궤적을 충분한 정밀도를 기반으로 계산하는데 사용되곤 했으며 그 결과 천문학자들은 켄타우루스자리 프록시마별과 같은 두 개 별의 근접을 예견할 수 있게 되었다.

 

켄타우루스자리 프록시마별은 2014년 10월에는 밝기등급 20등급인 별의 전면을 통과할 예정이고, 2016년 2월에는 19.5등급인 별의 전면을 통과할 예정이다.

이때, 켄타우루스자리 프록시마별의 중력장에 의해 휘어진 공간은 각 별이 하늘에서 실제 위치하는 지점에서 약간 다른 위치로 보이는 현상이 만들어낼 것이다.

 

 

 

그림1>
이 도식은 태양으로부터 가장 가까운 별인 켄타우루스자리 프록시마별과 멀리 떨어진 별들이 나란히 정렬하게 될 때의 일을 표현한 것이다. 
켄타우루스자리 프록시마별의 중력장이 자신을 둘러싼 공간을 휘게 만든다. 
이러한 중력렌즈현상은 우주 공간을 마치 놀이동산의 마술 거울처럼 휘게 만들고 뒷편의 별로부터 출발한 빛의 경로를 휘게 만든다. 
그 결과 이 별의 위치는 켄타우루스자리 프록시마별이 그 전면을 지나는 동안 상단 오른쪽 그림처럼  미세하게 변화된 양상을 보이게 된다. 
만약 켄타우루스자리 프록시마별 주위를 공전하고 있는, 아직 발견되지 않은 행성이 있다면 그 아래 보이는 도식처럼 뒤쪽에 위치한 별의 위치는 더 다르게 보이게 될 것이다. 
바로 이때 달라져 보이는 위치의 크기를 통해 켄타우루스자리 프록시마별의 질량을 예측할 수 있게 되는데, 훨씬 더 많은 변위를 보일 수록 프록시마의 질량은 더 무거운 것이 된다.

 

만약 켄타우루스자리 프록시마별이 행성을 가지고 있다면 이 행성의 중력장으로 인해 미세하나마 작은 위치 이동을 만들어내게 될 것이다.

켄타우루스자리 프록시마별의 뒷편에 있는 별들은 실제 자신들의 위치에서 대략 0.5밀리각초에서 1.5밀리각초 정도 벗어날 것으로 예상된다.
(1밀리각초는 뉴욕에서 하와이 호눌룰루에 떨어진 5센트짜리 동전을 바라볼 때 이 5센트짜리 동전의 양끝이 만들어내는 각도에 해당할만큼 

극히 미미한 각도에 해당한다.)

허블의 측정 능력은 0.2밀리각초까지 측정이 가능하다.

유럽 우주국의 가이아 우주망원경과 칠레 체로 파라날 산에 위치한 유럽 남반구 천문대의 대형 망원경도 이와 비슷한 수준의 측정이 가능하다.

이와 같은 이른바 미세중력렌즈 이벤트는 수시간에서 수일 정도 지속될 것이다.

켄타우루스자리 프록시마별의 거리는 지구로부터 충분히 가까운 거리에 위치하고 있기 때문에 훨씬 멀리 떨어져 있는 별들보다 중력장의 영향이 크게 보이게 되고, 공간의 굴곡도 더 크게 만들게 되며, 이러한 효과로 별의 절대 위치가 굴절되어 보이는 현상을 여러 천체관측기들이 쉽게 탐지할 것이다.

 

지금까지 켄타우루스자리 프록시마별 주변의 행성을 탐지하려는 노력은 실패를 거듭해왔다.

눈에 보이지 않는 동반 천체의 인력에 의해 야기되는 별의 중력요동을 측정할 수 있는 시선속도 및 위치천문학 관측법등에서는 어떤 행성의 존재도 탐지해내지 못했다.

 

위치천문학 관측법은 1000일에 채 미치지 못하는 기간 동안의 탐색 결과 이곳에 목성 질량의 80퍼센트 이상에 해당하는 거대 행성의 존재는 없다고 판단했다.

마찬가지로 시선속도관측에서도 지구 공전 궤도 반지름 이내 거리에서 해왕성 정도 질량이나 이보다 무거운 질량을 가진 행성은 존재하지 않는것으로 판단했다.

(이때 공전 궤도는 지구를 향해 정면을 보이고 있지 않은 공전궤도이거나 이심률이 큰 공전궤도는 아닌 것으로 가정하였다.)

행성의 공전궤도가 지구를 향해 측면을 향했을 때 발생할 가능성이 있는, 켄타우루스자리 프록시마별의 전면을 지나가는 행성도 일체 발견되지 않았다.

그러나 드물게 발생하는 별들의 정렬 현상동안 미세중력렌즈 효과를 이용하면 소규모의 암석질 행성이 켄타우루스자리 프록시마별을 공전하고 있을 경우 탐색이 가능하게 된다.  

 

연구팀을 이끌고 있는 우주망원경과학연구소의 카일라쉬 사후(Kailash Sahu)는 루이튼의 Half-Second 별목록(the Luyten Half-Second catalogue of stars )에 등재되어 있는 별들로서, 높은 각운동량을 가지고 있으며 별들간의 정렬이 발생할 가능성이 있는 5천 개의 별들을 조사했다.

사후의 의견은 다음과 같다.
"켄타우루스자리 프록시마별의 궤적은 우리에게 대단히 흥미로운 기회를 제공해 줄것임이 판명되었습니다. 

왜냐하면, 이 별이 다른 두 개 별에 대단히 가깝게 지나갈 것이기 때문이죠."

 

켄타우루스자리 프록시마별은 지구와 매우 가까운 거리에 위치하고 때문에 하늘에서 상대적으로 큰 각거리를 이동하고 있는 별이기도 하다.

이 별은 500년 단위로 하늘에서 보름달 정도 너비에 해당하는 거리를 움직인다.

 

적색왜성은 우리 은하에 존재하는 가장 일반적인 유형의 별이다. -
이 유형에 속하는 별의 수명은 우주의 나이보다 훨씬 길기 때문에 탄생이후 아직까지도 빛을 내고 있다.

따라서 이 별의 정확한 질량을 결정하는 것은 이 별의 온도, 지름, 절대밝기, 수명을 이해하는 핵심 정보가 된다.

 

우주에서 우리 태양과 같은 별 하나하나마다 적색 왜성은 거의 10개 꼴로 존재한다.

일반적으로 질량이 적은 별들은 보다 작은 규모의 행성을 거느리는 경향이 있기 때문에 적색왜성은 우리 지구와 같은 크기의 행성을 찾아내는 이상적인 장소가 되기도 한다.

 

지구로부터 4.2광년 거리에 존재하는 켄타우루스자리 프록시마별은 이보다 더 멀리 떨어진 연성계인 켄타우루스자리 알파별과 베타별로부터 0.2광년 떨어져 있다.

그래서 켄타우루스자리 프록시마별은 다른 두 개의 연성계와는 독립적으로 진화한 별임에도 불구하고 3중별계의 하나로 간주되기도 한다.

 

이번 연구 논문은 Astrophysical Journal에 제출되었으며 사후 박사는 인디애나폴리스에서 개최된 전미 천문학회에서 연구 결과를 발표하였다.

 

동영상>
이 애니메이션은 태양으로부터 4.2광년 거리에 위치한 가장 가까운 별인 적색왜성 켄타우루스자리 프록시마별의 지난 10년간의 관측을 조합한 것이다.
켄타우루스자리 프록시마별은 멀리, 배경에 위치하는 별들에 비해 상대적으로 빠른 고유 운동을 가지고 있다. 
켄타우루스자리 프록시마별이 이동하는 거리는 일년에 3.85각초로서 이는 2.4킬로미터 거리에서 바라보는 5센트짜리 동전의 양 끝단이 만들어내는 각과 유사한 크기이다. 
이 애니메이션에 사용된 측성학 데이터는 2000년부터 2010년사이 칠레북부에 위치한 체로 톨로로 아메리카 천문대에서 수집된 것이다. 

 
* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 6월 3일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : 다양한 외계행성 및 외계행성계에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

 

사진1>

ABOUT THIS IMAGE:

This plot shows the projected motion of the red dwarf star Proxima Centauri (green line) over the next decade, as plotted from Hubble Space Telescope observations. Because of parallax due to Earth's motion around the Sun, the path appears scalloped. Because Proxima Centauri is the closest star to our Sun (distance, 4.2 light-years), its angular motion across the sky is relatively fast compared to much more distant background stars. This means that in 2014 and 2016 Proxima Centauri will pass in front of two background stars that are along its path. This affords astronomers a rare opportunity to study warping of space by Proxima's gravity, as will be evident in the apparent displacement of the two stars in sky photographs. This effect is called gravitational lensing. The amount of warping will be used to calculate a precise mass for Proxima Centauri and look for the gravitational footprint and any planets orbiting the star. The background image shows a wider view of the region of sky in the southern constellation Centaurus that Proxima is traversing.

Object Names: Proxima Centauri, Alpha Centauri C

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Credit: NASA, ESA, K. Sahu and J. Anderson (STScI), H. Bond (STScI and Pennsylvania State University), M. Dominik (University of St. Andrews), and Digitized Sky Survey (STScI/AURA/UKSTU/AAO)

 

The full news release story:

The nearest star to our Sun, the red dwarf Proxima Centauri, is on a course for a rare conjunction with two distant background stars. This alignment will offer astronomers a unique opportunity to look for planets orbiting close to Proxima Centauri. In addition, astronomers will be able to precisely measure the mass of this isolated red dwarf.

Observations from NASA's Hubble Space Telescope were used to plot the star's trajectory across the sky with enough precision that astronomers can predict two "close encounters" of the stellar kind with Proxima Centauri. The red dwarf passes nearly in front of a 20th-magnitude background star in October 2014 and a 19.5-magnitude star in February 2016.

The warping of space by Proxima Centauri's gravitational field will cause the image of each star to be very slightly offset from their real positions on the sky. The amount of offset can be used to measure Proxima Centauri's mass — the greater the offset, the greater the mass of Proxima. If Proxima Centauri has a planet, it may produce a small second position shift due to the companion planet's gravitational field.

The stars will shift very slightly in their apparent position, an estimated 0.5 milliarcsecond and 1.5 milliarcseconds, respectively. (A milliarcsecond is the angular width of a nickel in Honolulu, Hawaii, as viewed from the distance of New York City.) Hubble can make measurements as small as 0.2 milliarcsecond. The European Space Agency's Gaia space telescope and the European Southern Observatory's Very Large Telescope on Mt. Cerro Paranal in Chile may be able to make comparable measurements. These so-called microlensing events will last from a few hours to a few days.

Because Proxima Centauri is so close to Earth, the area of sky warped by its gravitation field is larger than for more-distant stars, and this makes the observations easier to look for shifts in apparent stellar position caused by this effect.

So far all attempts to detect planets around Proxima Centauri have been unsuccessful. Radial velocity and astrometric observations, which can measure the gravitational wobble of a star due to the pull of an unseen companion, have not detected the presence of planets. Astrometric observations rule out giant planets with anything larger than 80 percent of Jupiter's mass with a period of less than 1,000 days. Likewise, radial velocity observations exclude the presence of any planet the mass of Neptune or larger within an orbital radius equal to Earth's orbit (assuming the orbit is not face-on to Earth or similarly inclined at a steep angle). Nor have planets been found transiting across the face of the star, which would happen if the planet's orbit were edge-on to Earth. But now, by looking for microlensing effects during these rare stellar alignments, smaller terrestrial planets around Proxima Centauri could be detected.

A team lead by Kailash Sahu of the Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md., first searched 5,000 stars in the Luyten Half-Second catalogue of stars that have a high rate of angular motion across the sky for possible alignment events. "Proxima Centauri's trajectory turned out to offer one of the most interesting opportunities because of its extremely close passage to the two stars," says Sahu. Because it is so close to Earth, Proxima Centauri also moves across the sky at a comparably high angular rate. It crosses a piece of sky with the apparent width of the full Moon every 500 years.

Red dwarfs are the most common class of stars in our Milky Way galaxy — any such star that has ever been born is still shining today, because they live longer than the age of the universe. Therefore, getting a precise determination of mass is critical to understanding a star's temperature, diameter, intrinsic brightness, and longevity.

For every star like our Sun, there are approximately 10 red dwarfs in space. Because lower-mass stars tend to have smaller planets, red dwarfs are ideal places to go hunting for Earth-sized planets.

At a distance of 4.2 light-years from Earth, Proxima Centauri is just 0.2 light-years from the more-distant binary star Alpha Centauri A+B. These three stars are considered part of the triple-star system, though Proxima Centauri evolved in isolation from the two Sun-like companion stars.

This paper has been submitted to the Astrophysical Journal and Dr. Sahu is presenting these results at the meeting of the American Astronomical Society in Indianapolis, Indiana.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Kailash Sahu
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4930
ksahu@stsci.edu

 

 

 

그림1>

ABOUT THIS IMAGE:

This diagram shows the upcoming conjunction between the nearest star to our Sun, Proxima Centauri, and a distant background star. Proxima's gravitational field warps the space around it. This gravitational lensing effect distorts space like a funhouse mirror and bends the path of light from the background star. The result is that the apparent position of the star will shift slightly during Proxima Centauri's passage, as seen in the upper right diagram. If an unseen planet is orbiting Proxima Centauri the star's apparent position will be further offset, as seen at lower left.

Image Type: Illustration

 

Credit: A. Feild (STScI)

 

동영상>

Video: Time-lapse Animation of Proxima Centauri's Proper Motion

This animation is assembled from 10 years of observations of the red dwarf star Proxima Centauri, the nearest star to our Sun at 4.2 light-years. Proxima has a relatively large proper motion compared to that of more distant background stars. It moves 3.85 arcseconds per year across the sky, which is the angular size of a nickel located 1.5 miles away. The astrometric data used for this visualization were collected between 2000 to 2010 at The Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), located in northern Chile.

Credit: NASA, ESA, A. Riedel and T. Henry (RECONS/SMARTS), and G. Bacon (STScI)